“编译原理”全英文授课模式探索

“编译原理”全英文授课模式探索
摘要：计算思维和英语思维是计算机专业学生专业化和国际化应具备的必要素质，然而目前还缺乏一套切实可行、行之有效的素质教育操作办法和模式。

文章从计算思维和元认知策略的理论出发，探索编译原理的全英文授课模式，提出普通高校学生在计算机专业课中开展全英文授课的教学思想和教学方法，并指出运用元知识策略提高非英文专业学生的学习兴趣，使其形成强烈的学习动机、培养学生的自主学习能力。

文章还讨论了词汇策略和英语思维，例举一些实践案例，最后提出一些尚待研究的问题。

关键词：全英文授课；计算思维；元认知策略；英语思维
1研究背景
编译原理进入计算机专业教学体系50余年，ACM和IEEE联合制定的最新CS2008中，仍把有关编译原理和技术的知识作为重要教学内容列入[1-2]。

该课程的形式语言具有抽象性、理论性强的特点，编译程序的实现对学生的数据结构、算法设计、语言实现也有较高要求，所以无论是从教还是学的角度，这门课均有难度。

计算机专业国际交流和合作办学成为进一步发展的方向，这对教师和学生的专业英语能力提出了更高的要求。

探索在计算机专业教育中融入全英文授课并提高英文教学效果的方法，促进教育国际化，成为亟待解决的问题。

然而，在高校尤其是普通高校中，在专业课领域开展双语授课，教师非常担心语言能力影响专业课教学效果，这个问题在全英文授课中更为突出。

我校的编译原理课程已有5年的双语课程建设经验并在学生评教中获得较好成绩，在此基础上进一步探讨在普通院校开展更高层次的全英文教学，提高教学质量和教学效果更有其现实意义。

全英文授课的模式应不同于双语教学。

双语教学中，我们采用了全英语教材和讲义，作业和成绩评定(课程考题)采用英语方式，而讲授、研讨则采用英语和汉语混用，比例为60%对40%。

调查显示，近90%成绩合格的学生是通过阅读教材并查对中文参考书的方法来形成对专业理论中概念的把握的。

在教学质量反馈座谈会上，学生强调了双语交互使用的重要性。

因此，教师授课时，着重点在于将英文概念用中文进行诠释，以利于学生在英文知识和中文知识之间形成映射。

这种映射关系在课程讲解、例题研讨和实验中不断得到加强，从而使学生获得双语的专业英文能力。

双语教学中英语、汉语的使用比例与学生英语的“听、说、读、写、译”水平有关。

然而全英文授课时，教学目标要求采用100%英文授课，教师的“解释”这一关键环节不复存在。

如何解决课程理论性、抽象性强，并关注学生的英语学习困难，形成一套切实可行、行之有效的素质教育操作办法和模式，是我们面临的挑战。

2以计算思维为计算机教学的核心任务
要破解这个难题，首先必须先明确教学目标。

编译原理作为计算机专业理论课，主要承担了语言实现原理、方法和技术的介绍。

包含了形式语言、自动机理论等语言定义、翻译与实现的计算机基础理论知识。

然而，如果只是系统地讲解理论，本科学生，尤其是普通院校学生会觉得学习内容太抽象，不实际，从而缺乏学习积极性。

如果再英文授课无疑将是灾难性的后果。

其实我们讲这门课程之所以重要，不应该只是编译器技术本身重要，而应该是由于其解决问题的思想方法符合用计算机解决问题的方法论，是形成计算机专业素养的必要条件。

这种教育思想正好和卡内基梅隆大学计算机科学系Jeannette M. Wing 教授在2006 年提出来计算思维(Computational Thinking)的理论不谋而合。

即计算机教学的核心任务是计算思维能力的培养，计算思维最根本的内容，即其本质(Essence) 是抽象( Abstraction) 和自动化( Automation) [3]。

抽象体现在完全使用符号系统甚至形式化语言；自动化体现在算法实现最终是机械地按步骤自动执行。

计算思维是一种形式规整，包含问题求解、系统设计及用计算机科学的基本概念理解人类的行为的思维[4]。

国内很多专家学者也对计算思维和计算机教学做了很多研究。

董荣胜[5]论述了计算思维与计算机方法论的关系。

朱亚宗[6]指出，计算思维、实验思维和理论思维是人类三大科学思维方式，并指出交叉创新是计算思维创新发展的根本途径。

王挺[7] 结合编译案例论述了在编译课程中如何进行计算思维培养。

本文将围绕利用计算思维的概念，明晰编译理论和计算思维的映射关系，然后根据元认知策略理论，设计和组织知识点，形成一套合理的教学方法。

3结合计算思维，形成符合学生元认知策略的教学内容
明确了教学核心任务之后，就可以进行教学内容的组织。

然而全英文授课不同于母语教学，必须结合语言学习的方法才会有良好的效果。

元认知策略涉及到第二语言学习的各个方面，因此结合计算思维，形成符合元认知策略的教学内容就显得格外重要了。

3.1元认知策略和非英语专业学生的英语学习
许多研究表明，学习成功和不成功者在元认知策略使用上有差异。

由于认知策略对学习者的学习起到非常重要的作用，越来越多的研究者及教师认识到学习策略的重要性，研究的范围涉及到第二语言学习的各个方面[8]。

Wenden[9]认为学习者运用元认知策略监控、管理、或自主学习。

O’Malley和Chamot指出元认知策略是有关认知过程的知识，是学习者通过计划、监控以及评估等方法对认知过程进行调整和自我管理。

Vandergrift研究表明高水平的学习者和低水平的学
习者比较起来，能更多更有效地使用元认知策略。

Anderson和Vandergrift在提高学习者的元认识意识的研究中证实元认知策略与学习者的听力水平之间有显著联系。

吴红云、刘润清[10]针对大学生英语写作元认知构成要素进行了研究：研究结果发现元认知由元认知策略和元认知评估构成，并明确了两大要素的构成因子。

调查结果显示，有4类元认知策略对学习者的作文成绩有影响，按影响的大小顺序依次是词汇选择策略，结构内容和语言并重策略，练习策略及积极体验，借助外力的修改策略。

同样，将元认知运用到编译原理的全英文授课中，合理设计知识体系，符合非英语专业学生英语学习的规律，也有助于提高学生的学习积极性和学习效果。

3.2元认知策略和计算思维的结合
元认知策略的使用在英语学习中具有重要的作用。

元认知是整个学习策略结构的核心，也是这一结构的最高层次的调节机制。

学习方法和学习的调控只是一种执行的活动，而要自觉地、有计划地执行某种活动的首要条件，是要对活动中的各种因素及其相互间的关系有所认知和体验。

因此，在学习中，就需要帮助学生对学什么、如何学、何时学、为何学、学习受何因素影响等建立起明晰的自我意识。

结合编译原理教学内容和计算思维的培养目标，我们采用了“问题－探究－评估”教学模式[11]，对计算思维和元认知策略的映射关系作了如图1所示设计。

在课程中，首先介绍计算思维的思想，引导学生将计算思维能力培养作为自己计算机专业能力的目标，并将其具体化成两个素质目标，即抽象和自动化。

这步映射为元认知策略中的学什么。

用英文介绍递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和恢复，利用启发式推理来寻求解答，在不确定情况下的规划、学习和调度等思维方法，映射为元认知策略中的如何学。

学生对这些思想开始只是有似是而非的理解，因此，需要用“问题－探究－评估”模式来加深理解。

将编译理论的重点设计为求证环节。

教师首先提炼出编译理论和方法中三大主线作为问题，即：
1) Character stream如何抽象成Token。

2) Token如何形成sentence。

3) 如何给sentence增加semantics。

学生根据这三条主线，分别学习运用abstraction，automation这两大素质目标中具有的能力来解决问题。

在解决的过程中，合理地利用计算思维方法中的abstraction, decomposition, recursive, prevention, protection, and recovery等方法来
进行探究，用最后的结果，来评估自己的计算思维素质是否有所提高。

例如：字符流中如何识别指定的字符串集合是编译中词法分析部分主要研究对象。

我们重现了scanning扫描这个情境，引导学生去定义指定的字符串集合token。

学生在若干个回合下来后，就能充分理解token这个词的含义。

并且通过抽象，引出了regular expression这种token的定义形式。

抽象的结果很具体，很适合学生理解。

然后，根据计算思维的要求，学生去设计(design)扫描器(scanner)，自然地引出了自动构建的需要。

如何构建自动化，这就要应用计算思维中automation的方法。

有限自动机的设计和实现就成为检验学生这方面素养的重要工具。

我们发现，运用这样的教学内容和方法，学生的积极主动性有了极大的提高，对regular expression, finite automation，context-free grammar，derivation以及attribution grammar等均形成了浓厚的探究兴趣。

在这里，语言的障碍在探究过程中，自然而然得到了化解。

特别值得欣慰的是，在老师的引导下，学生会灵活运用这些方法的结果，解决类似和相关的问题。

3.3词汇策略和英语思维
全英文授课还有一个重要的目的，就是培养学生英语思维能力。

英语思维的定义是：英语的掌握程度与母语一样，可灵活地使用流利的、纯正的英语表达所思所想，形成本能的、条件反射式的思维方式。

英文原版教材的专业词汇都是英语来解释的，在编译全英文授课中，我们尝试让学生去理解一个词的含义本身，而不是试图让学生来进行中英文对照。

这既符合英语思维的要求，也是在元认知策略中的词汇策略环节。

在这个环节中，我们尝试使用词汇关联图的形式，将关键词用关联图的形式关联起来。

这非常有助于学生迅速掌握大量的相互有关联的专业核心词语。

首先形成两个词库，即编译关键词库和计算思维关键词库。

关系图中节点，采用编译关键词库的词语；关系连线中间可增加描述词以提高词汇的关联准确性，关系描述词可以是计算思维词库中的词语，也可以是编译关键词库中的词。

词汇关联图如图2所示。

4结语
由于准备较为充分，全英文授课获得了比较好的教学效果。

超过70%的学生认可全英文授课更能推动其专业英语的学习及有助于其英语整体水平的提升，也满意其专业课教学效果。

作为一种尝试，全英文授课已有初步成效，但也有待于进一步探索和完善。

总结经验如下：
1) 针对普通院校本科生的全英文授课，我们探索了如何将编译原理课程的理论、技术和计算思维的教育结合起来，将编译原理当成计算思维的高级综合实
践课程来讲授。

形成了“问题－探究－评估”的教学模式。

2) 合理运用元认知策略，结合本科英语教学规律开展全英文授课，将编译这门专业课作为学生英语阅读理解的延伸，进一步强化学生英语能力和计算机专业能力。

3) 词汇关联图有助于学生形成英语思维，但是如何形成编译词库之间的关系并揭示计算思维词库中的核心词在编译词库关系中的核心作用还需要做进一步的研究。

4) 作为普通院校的编译原理课程，由于课时所限，其覆盖范围基本仅限于词法分析，词法分析和语法制导翻译等部分。

如何合理取舍教学内容以突出计算思维教学的关键点也值得继续探索。

从以上的分析可以看出，作为计算思维的必要实践，和英语阅读理解能力在专业课内的拓展，编译原理全英文授课对计算机专业学生素养提高的重要性不言自明。

因此，开展编译原理的全英文授课不仅可以，而且非常必要。

参考文献：
[1] 何炎祥,伍春香. 计算机专业不需要开设编译原理课程吗？[J]. 计算机教育,2009(4):61-62.
[2] 徐振强,侯惠芳. “编译原理”课程的研讨式教学初探[J]. 计算机教育,2010(3):33-35.
[3] Wing J M. Computational Thinking[J]. Communications of the ACM,2006,49(3):33-35.
[4] Wing J M. Computational Thinking and Thinking about Computing[J]. Philosophical Transactions of Royal Society,2008(366):3717–3725.
[5] 董荣胜,古天龙. 计算思维与计算机方法论[J]. 计算机科学,2009(1):1-4.
[6] 朱亚宗. 论计算思维:计算思维的科学定位,基本原理及创新路径[J]. 计算机科学,2009,36(4):53-55.
[7] 王挺,李梦君,周会平. 对编译原理课程教学中计算思维培养的探讨[J]. 计算机教育,2009(21):11-13.
[8] 石进芳. 理工科大学新生元认知策略调查与分析[J]. 华东交通大学学报,2009,26(3):105-109.
[9] Wenden A.,Rubin J. Learning Strategies in Language Learning[M]. London:Prentice Hall,1985:159-168.
[10] 吴红云,刘润清. 二语写作元认知理论构成的因子分析[J]. 外语教学与研究,2004,36(3):187-194.
[11] 陈莉. 基于元认知策略下“问题－探究－评估”教学模式构建[J]. 湖南师范大学教育科学学报,2009,8(2):92-94.
Exploration of Innovation Education P attern of “Compiler Principle” in English Teaching
XIA Jinsong1, MENG Jingwen2
Abstract: Computational thinking and English thinking are fundamental skills for a computer student, especially in the trends of internationalization and specialization. However, we have a serious lack of contribution on practical and effective quality education model. Aimed to raise the two essential qualifications, the paper proposes a tentative idea: rather than teaching in native language, a second language is employed in the teaching process of the major course Compiler Principle. Based on the metacognition strategie,the teaching model of Question-Explore-Evaluation can help students self-study and improve the learning process. By organizing all contents of the course as a lot of case-studies of computational thinking, we can spread the joy, awe, and power of computer science in the same time of teaching the professional theory and technology of compiler. Meanwhile, vocabulary learning strategies and English thinking are discussed. Finally the paper puts forward some questions yet to be studied.
Key words: teaching in English; computational thinking; metacognitive strategies; English thinking;。